Stjärnstarr växer på frisk till blöt mark i öppna eller halvskuggiga lägen. Man finner den framför allt i ganska näringsfattiga miljöer, mycket ofta tillsammans med hundstarr, gråstarr och blåtåtel i fattigkärr, mosselaggar, vid mossgölar, i skogskärr och sumpskog samt vid vattensamlingar och fuktsvackor i hedmark, även i ytterskärgården. Ofta växer den också i mer kulturpräglade miljöer som vid dammar, i diken, på hyggen och längs körspår i skogsmark.